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WO2008110471A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer kupplung - Google Patents

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WO2008110471A1
WO2008110471A1 PCT/EP2008/052545 EP2008052545W WO2008110471A1 WO 2008110471 A1 WO2008110471 A1 WO 2008110471A1 EP 2008052545 W EP2008052545 W EP 2008052545W WO 2008110471 A1 WO2008110471 A1 WO 2008110471A1
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WO
WIPO (PCT)
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clutch
actuated
control
takes place
controlling
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2008/052545
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Petzold
Peter Herter
Franz Bitzer
Joachim Staudinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of WO2008110471A1 publication Critical patent/WO2008110471A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a clutch according to the preamble of patent claim 1 and a device for controlling a clutch according to the preamble of patent claim 8.
  • a spring-loaded pneumatic actuating cylinder in which a piston is guided, which actuates the clutch in operative connection by means of an actuator.
  • the actuating cylinder is pressurized air or vented depending on the coupling design for engagement or disengagement of the clutch, the control via electrical switching valves, such as solenoid-operated proportional valves.
  • valve devices for controlling pneumatic adjusting devices for such couplings which can be operated clocking to adjust the pressure in the pneumatic actuating cylinder, in particular a specific pressure gradient when engaging the clutch to be able to.
  • the clutch can be controlled discontinuously when it is engaged, wherein the control pulses are variable depending on the speed of the vehicle drive motor.
  • the clutch is via an actuator that is coupled to a pneumatic cylinder is, can be moved in and out.
  • the pneumatic cylinder can be connected to a compressed air source to disengage the clutch or to a venting device for engagement by means of a clocked valve device is controlled by a pulse generator, wherein during slipping operation of the clutch upon engagement, the duration and frequency of the pulses are given by a function generator as a function of engine speed To adjust an engagement characteristic to a torque characteristic of the drive motor, the pulse frequency decreases as the engine speed increases, for example, proportionally or exponentially
  • various programs can be fed in, which besides the engine speed can take into account further parameters, for example driving speed or accelerator pedal position This makes it easier to start off on gradients and maneuvering.
  • a disengagement of the clutch is controlled via various switching contacts, in particular a stalling of the engine is prevented when gear is engaged and a disengagement of the clutch in the accelerator pedal rest position to save fuel.
  • the valves are exposed to significant switching cycles.
  • the components of the switching valves in particular the armature guide and the seal, must be made particularly wear-resistant, which causes relatively high manufacturing and material costs.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for controlling a fluid-actuated clutch via a valve device with electrical switching valves, which ensure a long service life and reliability especially the switching valves and yet are inexpensive.
  • the invention is based on the finding that the switching valves in fluid-actuated clutch systems do not necessarily have to be operated in a cyclic manner during the actuation of the clutch, but can be controlled as required by means of a suitable clutch control, thereby enabling a significant reduction of the valve train numbers or the valve switching operations.
  • the invention is based on a method for controlling a clutch, in particular a arranged between a drive motor and a transmission gear, designed as a friction clutch automatic starting clutch in a drive train of a motor vehicle, at the clutch is actuated via a switching valve-controlled, fluid-operated adjusting device.
  • the invention provides that the clutch is controlled and operated in dependence on predetermined operating conditions in a discontinuous or continuous control mode.
  • the invention is further based on a device for controlling a clutch, in particular arranged between a drive motor and a transmission gear, designed as a friction clutch automatic starting clutch in a drive train of a motor vehicle, with a fluid-actuated actuator with a control cylinder and an actuator for actuating the clutch and with a valve device with switching valves for controlling the adjusting device via an electronic control device.
  • a device for controlling a clutch in particular arranged between a drive motor and a transmission gear, designed as a friction clutch automatic starting clutch in a drive train of a motor vehicle, with a fluid-actuated actuator with a control cylinder and an actuator for actuating the clutch and with a valve device with switching valves for controlling the adjusting device via an electronic control device.
  • control device means are provided for the time-resolved detection of the speeds of an engine-side clutch input side and a gethebe contenten clutch output side, and the control means comprises means for processing the rotational speeds and for generating control signals over which at least one switching valve of the valve means speed-dependent dependent clocked or permanently actuated ,
  • a slip region of the friction partners initially sets in, in which the clutch increasingly engages and begins to grip in order to transmit torque.
  • the valve device for controlling the fluid-actuated actuating device is preferably operated in a clocking manner, as in the prior art, in order to carry out a starting process or a gear change as comfortably as possible, safely, and for the clutch and transmission in a manner that protects the components.
  • the coupling can be closed without loss of comfort with a single further pulse or continuous pulse via the actuator of the adjusting device completely to the point of engagement, in which the full torque transmission capability is given.
  • the frictional engagement can be determined particularly easily by detecting or monitoring the rotational speeds of the engine-side clutch input side and the tire-side clutch output side during the engagement process.
  • the individual pulse is advantageously activated when the speed difference over a predetermined period of time is at least approximately zero, that is, when no or at least no significant differential speed is applied to the clutch.
  • the number of valve switching cycles is significantly reduced because the valve is no longer clocked via the continuous pulse, but permanently controlled. Consequently, the wear on the claimed valve parts at each engagement of the clutch is reduced on average, which has a favorable effect on the life and reliability.
  • the wear on the claimed valve parts at each engagement of the clutch is reduced on average, which has a favorable effect on the life and reliability.
  • the lifetime and reliability of such a trained valve device can be additionally increased by the inventive method when using more complex, particularly wear-resistant valves.
  • the procedure can be advantageous in coupling operations both in clutches of the "inoperative-closed” type, which are thus engaged in the non-actuated state and non-positively connect drive motor and gear, as well as in clutches of the "unactuated-open” type, d. H. which are disengaged in the non-actuated state and disconnect drive motor and gear, be applied.
  • an actuator on the clutch more effective, fluid actuated actuating cylinder via the valve device after a previous disengagement during engagement in the "inoperative-closed” type is first vented discontinuously with a pulse train and subsequently with a single pulse, ie depressurized, and the " Unactuated-open "type is initially pressurized discontinuously with a pulse sequence and subsequently with a single pulse.
  • the fluid actuation can be pneumatic or hydraulic.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem die Kupplung über eine schaltventilgesteuerte, fluidbetätigte Stelleinrichtung betätigt wird. Um eine hohe Lebensdauer sowie Betriebssicherheit der Schaltventile zu gewährleisten und um Kosten zu sparen, wird die Kupplung mit einer entsprechend ausgebildeten Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszustände in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Steuerungsmodus angesteuert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Automatische, fluidbetätigte Fahrzeugkupplungen in Antriebssträngen sind seit längerem bekannt. Dabei ist beispielsweise ein federbelasteter pneumatischer Stellzylinder vorgesehen, in dem ein Kolben geführt ist, der in Wirkverbindung mittels eines Stellglieds die Kupplung betätigt. Der Stellzylinder wird je nach Kupplungsbauweise zum Ein- bzw. Ausrücken der Kupplung druckluftbeaufschlagt oder entlüftet, wobei die Steuerung über elektrische Schaltventile, beispielsweise magnetbetätigbare Proportionalventile erfolgt.
Aus der DE 26 28 486 A1 ist eine pneumatische Kupplungsbetätigungs- vorrichtung bekannt, bei der die Einrückgeschwindigkeit einer Reibungskupplung über ein System von Magnetventilen mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten variierbar ist.
Weiterhin sind aus der DE 40 13 667 C2 und der DE 102 10 877 A1 Ventileinrichtungen zur Steuerung pneumatischer Stelleinrichtungen für solche Kupplungen bekannt, die taktend betrieben werden können, um den Druck im pneumatischen Stellzylinder, insbesondere einen bestimmten Druckgradienten beim Einrücken der Kupplung, genau einstellen zu können.
Bei einer aus der DE 30 28 251 C2 bekannten Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung kann die Kupplung beim Einrücken diskontinuierlich angesteuert werden, wobei die Steuerimpulse abhängig von der Drehzahl des Fahrzeug-Antriebsmotors variierbar sind. Die Kupplung ist über ein Stellorgan, das mit einem Pneumatikzylinder gekoppelt ist, ein- und ausrückbar. Sie ist in der herkömmlichen „Nichtbetätigt-Geschlos- sen"-Bauweise ausgebildet, also mittels einer Federvorspannung bei nicht betätigtem Stellorgan eingerückt. Der Pneumatikzylinder ist über eine getaktete Ventileinrichtung mit einer Druckluftquelle zum Ausrücken der Kupplung oder mit einer Entlüftungseinrichtung zum Einrücken verbindbar. Die Ventileinrichtung wird von einem Impulsgeber gesteuert, wobei während des Schlupfbetriebes der Kupplung beim Einrücken die Dauer und Frequenz der Impulse von einem Funktionsgenerator in Abhängigkeit der Motordrehzahl vorgegeben werden. Zur Anpassung einer Einkuppelkennlinie an eine Drehmomentkennlinie des Antriebsmotors nimmt die Impulsfrequenz mit zunehmender Motordrehzahl, beispielsweise proportional oder exponentiell, zu. In den Funktionsgenerator können verschiedene Programme eingespeist werden, die neben der Motordrehzahl weitere Parameter, beispielsweise Fahrgeschwindigkeit oder Gaspedalstellung berücksichtigen können. Insbesondere wird dadurch ein erleichtertes Anfahren an Steigungen und beim Rangieren ermöglicht. Zusätzlich wird ein Ausrücken der Kupplung über verschiedene Schaltkontakte gesteuert, wobei insbesondere ein Abwürgen des Motors bei eingelegtem Gang verhindert wird und ein Ausrücken der Kupplung in der Gaspedal-Ruhestellung zur Kraftstoffersparnis erfolgt.
Die bekannten Vorrichtungen zur taktenden Ansteuerung automatischer, fluidbetätigter AnfahrVRangierkupplungen sind in der Lage, die ihnen zugrunde liegenden Aufgaben in vollem Umfang zu erfüllen. Als nachteilig hat sich jedoch herausgestellt, dass die Schaltventile bei getakteten Kupplungs-Steuerungen in Antriebssträngen moderner Fahrzeuge zunehmend sehr hohen Schaltspielzahlen bzw. einer großen Anzahl von Ventilschaltvorgängen unterliegen, die maßgebend für deren Lebensdauer sind. Im Extremfall könnte eine erhöhte Belastung sogar zum vorzeitigen Ausfall der betreffenden Ventile führen.
Beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit modernen Vielgang-Getrieben in Mehrgruppenbauweise, wie der „AS Tronic"-Baureihe der Anmelderin, die der- artige taktende Kupplungs-Steuerungen verwenden, werden die Ventile erheblichen Schaltspielzahlen ausgesetzt. Um die Anforderungen an eine hohe Standzeit und Schaltsicherheit getakteter Ventileinrichtungen in solchen und zukünftigen Kupplungssystemen zu erfüllen, müssen daher die Komponenten der Schaltventile, insbesondere die Ankerführung und die Dichtung, besonders verschleißfest ausgebildet werden, welches relativ hohe Fertigungs- und Materialkosten verursacht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer fluidbetätigten Kupplung über eine Ventileinrichtung mit elektrischen Schaltventilen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit insbesondere der Schaltventile gewährleisten und dennoch kostengünstig sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs und des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Schaltventile in fluidbetätigten Kupplungssystemen bei der Betätigung der Kupplung nicht notwendig permanent taktend betrieben werden müssen, sondern mittels einer geeigneten Kupplungssteuerung bedarfsgerecht angesteuert werden können, wodurch eine signifikante Reduzierung der Ventilschaltspielzahlen bzw. der Ventilschaltvorgänge ermöglicht wird.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem die Kupplung über eine schaltventilgesteuerte, fluidbetätigte Stelleinrichtung betätigt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Kupplung in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszustände in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Steuerungsmodus angesteuert und betätigt wird.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer fluidbetätigten Stelleinrichtung mit einem Stellzylinder und einem Stellglied zur Betätigung der Kupplung und mit einer Ventileinrichtung mit Schaltventilen zur Steuerung der Stelleinrichtung über eine elektronische Steuerungseinrichtung.
Zudem sind bei dieser Steuerungsvorrichtung Mittel zur zeitaufgelösten Erfassung der Drehzahlen einer motorseitigen Kupplungseingangsseite sowie einer gethebeseitigen Kupplungsausgangsseite vorgesehen, und die Steuerungseinrichtung weist Mittel zur Verarbeitung der Drehzahlen sowie zur Erzeugung von Steuerungssignalen auf, über die wenigstens ein Schaltventil der Ventileinrichtung drehzahldifferenzabhängig wahlweise getaktet oder dauerhaft betätigbar ist.
Bei einem Einkuppelvorgang einer Reibkupplung stellt sich zunächst ein Schlupfbereich der Reibpartner ein, in dem die Kupplung zunehmend einrückt und drehmomentübertragend zu greifen beginnt. In diesem Bereich wird die Ventileinrichtung zur Ansteuerung der fluidbetätigten Stelleinrichtung vorzugsweise wie beim Stand der Technik taktend betrieben, um einen Anfahrvorgang bzw. einem Gangwechsel möglichst komfortabel, sicher und für Kupplung und Getriebe bauteilschonend durchzuführen. Sobald sich die Reibpartner im Reib- Schluss befinden, also die Kupplungsteile drehfest aneinander haften, kann die Kupplung erfindungsgemäß ohne Komforteinbußen mit einem einzigen weiteren Puls bzw. Dauerpuls über das Stellglied der Stelleinrichtung vollständig bis zum Einrückpunkt, bei dem die volle Drehmomentübertragungsfähigkeit gegeben ist, geschlossen werden. Trotz der schnell schließenden Kupplung kommt es dabei zu keinen Komfortnachteilen, da sich die Kupplung bei der Aktivierung des Dauerpulses bereits im Haftzustand befindet. Der Schaltkomfort kann sogar höher sein, da sich die insgesamt erforderliche Einrückzeit vom Beginn bis zum vollständigen Schließen der Kupplung vorteilhaft verkürzt.
Der Reibschluss lässt sich besonders einfach anhand einer Erfassung bzw. Überwachung der Drehzahlen der motorseitigen Kupplungseingangsseite und der gethebeseitigen Kupplungsausgangsseite beim Einkuppelvorgang feststellen. Der Einzelpuls wird vorteilhaft dann aktiviert, wenn die Drehzahldifferenz über einen vorgegebenen Zeitraum wenigstens annähernd Null ist, also wenn an der Kupplung keine oder zumindest keine signifikante Differenzdrehzahl anliegt.
Da Drehzahlsignale der Abtriebswelle des Motors und der mit der Kupplungsausgangsseite verbundenen Getriebewelle in modernen Kraftfahrzeugen häufig ohnehin als sensorerfasste Daten einem elektronischen Getriebesteuergerät zur Verfügung stehen, beispielsweise zur Synchronisierungssteuerung, entsteht zur Steuerung der Ventileinrichtung bzw. der Kupplung über die Differenzdrehzahl kein zusätzlicher oder allenfalls ein sehr geringer Kostenaufwand.
Die Anzahl an Ventilschaltspielen wird erheblich reduziert, da über den Dauerpuls das Ventil nicht mehr getaktet, sondern dauerhaft angesteuert wird. Folglich ist der Verschleiß an den beanspruchten Ventilteilen bei jedem Einrücken der Kupplung im Mittel verringert, welches sich auf die Lebensdauer und die Betriebssicherheit günstig auswirkt. Insbesondere kann auf vergleichsweise kostengünstige Ventilaufbauten zurückgegriffen werden, auch in Getrieben mit erhöhter Betätigungshäufigkeit der Kupplung, da sich die Gesamtzahl von Schaltspielen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über die vorgesehene Lebensdauer nicht oder allenfalls unwesentlich erhöht. Andererseits kann bei einer Verwendung aufwendigerer, besonders verschleißfester Ventile, die Lebensdauer und Betriebssicherheit einer derart ausgebildeten Ventileinrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich erhöht werden.
Das Verfahren kann bei Einkuppelvorgängen vorteilhaft sowohl bei Kupplungen des „Unbetätigt-Geschlossen"-Typs, die also in nicht betätigtem Zustand eingerückt sind und Antriebsmotor sowie Getriebe kraftschlüssig verbinden, als auch bei Kupplungen des „Unbetätigt-Offen"-Typs, d. h. die in nicht betätigtem Zustand ausgerückt sind und Antriebsmotor sowie Getriebe trennen, angewendet werden. Entsprechend wird ein über ein Stellglied auf die Kupplung wirksamer, fluidbetätigter Stellzylinder über die Ventileinrichtung nach einem vorangegangenen Ausrückvorgang beim Einkuppeln beim „Unbetätigt- Geschlossen"-Typ zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls entlüftet, d. h. druckentlastet, und beim „Unbe- tätigt-Offen"-Typ zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls druckbeaufschlagt.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das Verfahren beim Auskuppeln anzuwenden, wobei vorteilhaft je nach Anwendung und Betriebszustand das Ausrücken der Kupplung wahlweise mit einem der beiden Steuerungsmodi oder analog mit einem Wechsel zwischen den Steuerungsmodi erfolgen kann.
Die Fluidbetätigung kann pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Kupplung über eine schaltventilgesteuerte, fluidbetätigte Stelleinrichtung betätigt wird, dadurch geken nzeich n et, dass die Kupplung in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszu- stände in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Steuerungsmodus angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während eines Einkuppelvorgangs die Kupplung zunächst mit einer getakteten Pulsfolge diskontinuierlich teileingerückt und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls vollständig eingerückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einkuppelvorgangs fortlaufend die Drehzahldifferenz zwischen einer motorseitigen Kupplungseingangsseite und einer getriebeseitigen Kupplungsausgangsseite erfasst wird, und dass der Einzelpuls aktiviert wird, wenn die Drehzahldifferenz über einen vorgegebenen Zeitraum wenigstens annähernd Null ist.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen den Steuerungsmodi während des Einkuppeins bei einem Anfahrvorgang erfolgt.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen den Steuerungsmodi während des Einkuppeins bei einem Gangwechsel erfolgt.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein über ein Stellglied auf die Kupplung wirksamer, fluidbetätigter Stellzylinder über die Schaltventileinrichtung bei einem Einkuppelvorgang bei einer Kupplung des „Unbetätigt-Offen"-Typs zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls druckbeaufschlagt wird, und bei einer Kupplung des „Unbetätigt- Geschlossen"-Typs zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls druckentlastet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Auskuppelvorgang der Kupplung wahlweise mit einem der beiden Steuerungsmodi oder mit einem Wechsel zwischen den beiden Steuerungsmodi erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung pneumatisch erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung hydraulisch erfolgt.
10. Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer fluidbetätigten Stelleinrichtung mit einem Stellzylinder und einem Stellglied zur Betätigung der Kupplung, sowie mit einer Ventileinrichtung mit Schaltventilen zur Steuerung der Stelleinrichtung über eine elektronische Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur zeitaufgelösten Erfassung der Drehzahlen einer motor- seitigen Kupplungseingangsseite und einer getriebeseitigen Kupplungsausgangsseite vorgesehen sind, und dass die Steuerungseinrichtung Mittel zur Verarbeitung der Drehzahlen und zur Erzeugung von Steuerungssignalen aufweist, über die wenigstens ein Schaltventil der Ventileinrichtung drehzahldiffe- renzabhängig wahlweise getaktet oder dauerhaft betätigbar ist.
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